A Plateau and Spurt Pattern of Neurological Maturation, Scientific Reasoning Development and Conceptual Change in Korean Secondary School Students

중등학교 학생들의 신경기능 성숙, 과학적 사고 발달 그리고 개념 변화에서 밝혀진 비선형적 발달의 정체와 급등 현상

The present study tested the hypothesis that adolescent's prefrontal lobe growth plateau and spurt exists and that this plateau and spurt influence students' ability to reason scientifically and to learn theoretical science concepts. In theory, maturation of the prefrontal lobes during early adolescence allows for improvements in students' abilities to inhibit task-irrelevant information and coordinate task-relevant information, which along with both physical and social experience, influences scientific reasoning ability and the ability to reject scientific misconceptions and accept scientific conceptions. Two hundred six students ages 13 to 16 years enrolled in four Korean secondary schools were administered tests of prefrontal lobe functions, scientific reasoning, and theoretical concepts derived from kinetic-molecular theory. A series of 14 lessons designed to teach the concepts were then taught. The concepts test was then re-administered following instruction. As predicted among the 14-year-olds, performance on the measures of prefrontal lobe functions, scientific reasoning, and conceptual change remained similar or regressed. Performance then improved considerably among the 15 and 16-year-olds. Because so few of the present students were able to undergo this apparently necessary conceptual change, the value of introducing theoretical concepts to early adolescent is questioned.

신경생물학적 연구들에 따르면 청소년들의 두뇌 발달은 선형적이며 규칙적으로 발달하는 것이 아니라, 정체(plateaus)와 급등(spurts)을 거치면서 비선형적이고 불규칙적인 발달과정을 거친다. 따라서 본 연구는 이러한 신경 생물학적 연구결과를 바탕으로 하여 청소년들의 전두엽연합령 기능의 발달이 정체와 급등의 시기를 거치는 비선형적 발달을 보이며, 이는 다시 과학적 사고의 발달과 이론적 과학개념의 습득에 영향을 미친다는 가설을 테스트하였다. 이 가설을 테스트하기 위하여 13세에서 16세 연령대에 있는 206명의 중등학교 학생들에게 4가지 전두엽연합령 기능 검사, 과학적 추론 검사, 그리고 수업을 통한 분자의 운동에너지 개념의 획득능력에 대한 검사를 실시하였다. 이 연구의 결과는 14세 학생들의 전두엽연합령 기능, 과학적 추론 능력, 그리고 수업후의 개념변화에서 일련의 정체 시기를 보여주었다. 반대로 15세와 16세에서는 다시 증가하는 시기를 보여주었다. 더 나아가, 본 연구에서는 13세에서 16세의 중등학생들이 순환학습을 통한 체계적인 교수-학습에도 불구하고 소수의 학생들만 효과적으로 이론적 과학개념을 습득하였음을 보여주었다. 본 연구는 이러한 결과들을 바탕으로 이론적 과학개념의 효율적인 교수 학습에 관해서도 논의하였다.